先進(jìn)復(fù)合材料講義匯總典藏版

先進(jìn)復(fù)合材料講義匯總典藏版

層壓結(jié)構(gòu)

復(fù)合材料由混合在一起以達(dá)到特定結(jié)構(gòu)性能的材料組合而成。單體材料不會(huì)完全溶解或融合在復(fù)合材料中，但它們會(huì)作為一個(gè)整體一起作用。通常情況下，組件之間的接口可以被物理識(shí)別。復(fù)合材料的性能優(yōu)于由其構(gòu)成的單體材料的性能。

一種先進(jìn)的復(fù)合材料是由溶入樹(shù)脂基體的纖維材料制成的，通常由交替定向的纖維層壓，以提供材料的強(qiáng)度和剛度。纖維材料并不常見(jiàn);木材是人類(lèi)所知的常見(jiàn)的纖維結(jié)構(gòu)材料。

復(fù)合材料在飛機(jī)上的應(yīng)用包括

?導(dǎo)流板

?飛行控制面

?起落架門(mén)

?機(jī)翼和穩(wěn)定器的前緣和后緣板

?內(nèi)部組件

?地板梁和地板面板

?大型飛機(jī)的垂直和水平穩(wěn)定器主結(jié)構(gòu)

?新一代大型飛機(jī)的主要機(jī)翼和機(jī)身結(jié)構(gòu)

?渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片

?螺旋槳

層壓板的主要成分

各向同性材料在所有方向上都具有均勻的性質(zhì)(指同一材料的等向性)。各向同性材料的測(cè)量性質(zhì)與測(cè)試軸無(wú)關(guān)。以金屬材料的鋁和鈦為例來(lái)說(shuō)明各向同性材料的例證。

纖維是復(fù)合材料的主要承載元素。復(fù)合材料只有在纖維的方向上才有強(qiáng)度和硬度。單向復(fù)合材料在一個(gè)方向上具有主要的力學(xué)性能，被稱(chēng)為各向異性，其力學(xué)或物理性能與材料固有的自然參考軸的方向不同。由纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制成的部件可以設(shè)計(jì)成纖維取向產(chǎn)生佳的機(jī)械性能，但它們只能接近金屬的真正各向同性性能，如鋁和鈦。

復(fù)合基質(zhì)支撐著纖維，并將它們粘結(jié)在復(fù)合材料中?；w將任何施加的載荷轉(zhuǎn)移到纖維上，使纖維保持在其位置和選擇的方向，給出復(fù)合材料的環(huán)境電阻，并確定復(fù)合材料的高使用溫度。

強(qiáng)度特性

復(fù)合材料層壓板的結(jié)構(gòu)性能，如剛度、維度穩(wěn)定性和強(qiáng)度，取決于層壓的堆疊順序。堆疊順序描述了層壓板厚度中鋪層方向的分布。隨著具有選擇方向?qū)訑?shù)的增加，更多的堆疊順序是可能的。例如，一個(gè)具有四種不同鋪層方向的對(duì)稱(chēng)八層層壓板有24種不同的堆疊順序。

纖維方向

復(fù)合材料的強(qiáng)度和剛度取決于鋪層的定向順序。碳纖維的實(shí)際強(qiáng)度和剛度范圍從低至高，如玻璃纖維提供的強(qiáng)度和剛度值，高至鈦纖維提供的強(qiáng)度和剛度值。這個(gè)值的范圍是由層壓對(duì)施加的負(fù)載的方向決定的。在先進(jìn)復(fù)合材料中，適當(dāng)選擇鋪層方向是提供結(jié)構(gòu)高效設(shè)計(jì)的必要條件。該部分可能需要0°層反應(yīng)軸向負(fù)荷，±45°層反應(yīng)剪切負(fù)荷，90°層反應(yīng)側(cè)負(fù)荷。因?yàn)閺?qiáng)度設(shè)計(jì)要求是施加荷載方向的函數(shù)，所以鋪層方向和鋪層順序必須正確。在修復(fù)過(guò)程中，用相同材料和方向的層替換每一層損壞的層是至關(guān)重要的。

單體材料中的纖維在一個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)，強(qiáng)度和剛度只在纖維的方向上。預(yù)浸料(預(yù)浸膠膜)膠帶是單向鋪層定向的一個(gè)例子。

雙向材料中的纖維在兩個(gè)方向上流動(dòng)，通常間隔90°。平紋結(jié)構(gòu)是雙向鋪層方向的一個(gè)例子。這些鋪層方向在兩個(gè)方向上都有強(qiáng)度，但強(qiáng)度不一定相同。如圖1所示

準(zhǔn)各向同層鋪的層序?yàn)?°、-45°、45°和90°或0°、-60°和60°。如圖2所示,這些類(lèi)型的鋪層取向模擬各向同性材料的特性。許多航空復(fù)合材料結(jié)構(gòu)是由準(zhǔn)各向同性材料制成的。

雙向和單向鋪層材料性能

對(duì)稱(chēng)各向同性材料鋪層

縱向

經(jīng)向是指織物的縱向纖維。由于纖維的直線度，經(jīng)向是高強(qiáng)度的方向。翹曲經(jīng)向用于在圖表、規(guī)格表或制造商的表上描述纖維的方向。如果織物上沒(méi)有翹曲方向，當(dāng)織物從卷上下來(lái)時(shí)，翹曲方向默認(rèn)為零。因此，90°到零是織物的寬度。如圖3所示

扭曲鎖定

纖維形態(tài)

所有的產(chǎn)品形式通常都是從單向線的原纖維開(kāi)始，包裝成連續(xù)的股。一根單獨(dú)的纖維叫做細(xì)絲。“線”這個(gè)詞也被用來(lái)表示一種單獨(dú)的玻璃纖維。成束的細(xì)絲可分為細(xì)紗、紗線或粗紗。玻璃纖維紗線是扭曲的，而kevlar®紗線不是。絲束和粗紗沒(méi)有任何扭力。大多數(shù)纖維都是干纖維，在使用前需要用樹(shù)脂浸漬(預(yù)浸漬)，或在樹(shù)脂已經(jīng)涂在纖維上的地方用預(yù)浸漬材料。

粗纖（紗束）

粗纖是一組細(xì)絲或纖維末端，如20端或60端玻璃粗紗。所有細(xì)絲方向一致，不扭曲。碳纖維粗紗通常被確定為3K、6K或12K粗紗，K表示1000根絲。大多數(shù)粗紗產(chǎn)品的應(yīng)用都是利用芯軸進(jìn)行纖維纏繞，然后樹(shù)脂固化到終配置。

單向(帶)

單向預(yù)浸帶多年來(lái)一直是航空航天工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，纖維通常是浸漬熱固性樹(shù)脂。常見(jiàn)的制備方法是將準(zhǔn)直的生(干)股拉入浸漬機(jī)，在浸漬機(jī)中，熱熔樹(shù)脂通過(guò)加熱和壓力與股結(jié)合。膠帶產(chǎn)品在纖維方向上有很高的強(qiáng)度，而在纖維上幾乎沒(méi)有強(qiáng)度。纖維被樹(shù)脂固定住。膠帶的強(qiáng)度比機(jī)織織物高。如圖4所示

膠帶和織物制品

雙向(織物)

對(duì)于復(fù)雜形狀的層疊，大多數(shù)織物結(jié)構(gòu)比直接的單向膠帶提供了更多的靈活性?？椢锾峁┝送ㄟ^(guò)溶液或熱熔工藝浸漬樹(shù)脂的選擇。通常，用于結(jié)構(gòu)應(yīng)用的織物在經(jīng)線(縱向)和緯線(橫向)兩個(gè)方向使用相同重量或屈服度的纖維或股。對(duì)于航空航天結(jié)構(gòu)，緊密編織的織物通常是節(jié)省重量的選擇，減少樹(shù)脂空洞的大小，并在制造過(guò)程中保持纖維的取向。

織物結(jié)構(gòu)通常由加固的增強(qiáng)絲束、股或紗線在織造過(guò)程中相互交錯(cuò)而成。更常見(jiàn)的織物款式是平織或緞紋編織。平紋編織結(jié)構(gòu)是由每根纖維在每根交叉的股(束、束或紗)上面和下面交替形成的。在常見(jiàn)的緞面織法中，如5束或8束，纖維束在經(jīng)紗方向和緯紗方向上來(lái)回移動(dòng)的頻率較低。

這些緞紋織物比平紋織物卷曲少，更容易變形。在平紋織物和大多數(shù)5或8束織物中，經(jīng)向和緯紗方向的纖維股數(shù)相等。例如:3K平織通常有一個(gè)額外的名稱(chēng)，如12 x 12，這意味著每英寸在每個(gè)方向上有12個(gè)牽引。此計(jì)數(shù)名稱(chēng)可以改變，以增加或減少織物重量，或適應(yīng)不同重量的不同纖維。如圖5所示

典型的織物編織風(fēng)格

非織造物(編織或縫制)

編織物或縫紉織物可以提供許多單向膠帶的機(jī)械優(yōu)點(diǎn)。纖維的放置可以是直的或單向的，沒(méi)有機(jī)織織物的上下轉(zhuǎn)彎。經(jīng)預(yù)先選定的一層或多層干板方向后，用細(xì)紗或細(xì)線縫合，使纖維固定。這些類(lèi)型的織物提供了廣泛的多層定向。雖然可能會(huì)增加一些重量或失去一些終增強(qiáng)纖維性能，但可能會(huì)實(shí)現(xiàn)層間剪切和韌性性能的某些提高。一些常見(jiàn)的縫紉紗線是滌綸、芳綸或熱塑性塑料。如圖6所示

非織造材料(縫合)

纖維的種類(lèi)

玻璃纖維

玻璃纖維常用于飛機(jī)的二級(jí)結(jié)構(gòu)，如整流罩、天線罩和翼尖。玻璃纖維也用于直升機(jī)旋翼葉片。有幾種類(lèi)型的玻璃纖維用于航空工業(yè)。電子玻纖，或E-glass，被認(rèn)定為這樣的電子應(yīng)用。它對(duì)電流有很高的阻力。電子玻纖是由硼硅酸鹽玻璃纖維制成的。S-glass和S2-glass是比E-glass具有更高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)玻璃纖維。S-glass玻璃纖維是由鎂鋁硅酸鹽制成的。玻璃纖維的優(yōu)點(diǎn)是成本低于其他復(fù)合材料，耐化學(xué)或電腐蝕，以及電學(xué)性能(玻璃纖維不導(dǎo)電)。玻璃纖維呈白色，可作為干纖維織物或預(yù)浸料使用。

芳綸纖維

凱夫拉(Kevlar)是杜邦公司芳綸纖維的名稱(chēng)。芳綸纖維重量輕、結(jié)實(shí)、堅(jiān)韌。兩種芳綸纖維用于航空工業(yè)。Kevlar®49具有高剛度，而Kevlar®29具有低剛度。芳綸纖維的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是抗沖擊損傷能力強(qiáng)，因此常用于易受沖擊損傷的區(qū)域。芳綸纖維的主要缺點(diǎn)是在壓縮性和吸濕性方面普遍存在缺陷。服役報(bào)告表明，一些由kevlar®制成的部件在水中吸收高達(dá)8%的重量。因此，由芳綸纖維制成的零件需要受到環(huán)境的保護(hù)。另一個(gè)缺點(diǎn)是凱夫拉纖維很難鉆孔和切割。纖維很容易起毛，需要專(zhuān)門(mén)的剪刀來(lái)剪切。

凱夫拉纖維通常用于軍事彈道和防彈衣應(yīng)用。它有天然的黃色，可作為干織物和預(yù)浸料。芳綸纖維束的大小不像碳纖維或玻璃纖維那樣取決于纖維的數(shù)量，而是取決于重量。

碳纖維/石墨纖維

此纖維之間的個(gè)區(qū)別是碳纖維和石墨纖維之間的區(qū)別，盡管這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)經(jīng)常互換使用。碳纖維和石墨纖維是基于碳中的單層石墨(六邊型)層網(wǎng)絡(luò)。如果單層石墨層或平面按三維順序堆疊，則該材料被定義為石墨。通常需要延長(zhǎng)時(shí)間和溫度加工形成這種順序，使石墨纖維更昂貴。平面間的鍵合很弱。無(wú)序經(jīng)常發(fā)生，以至于在層中只存在二維順序。這種物質(zhì)被定義為碳纖維。

碳纖維非常堅(jiān)韌，硬度是玻璃纖維的3到10倍。碳纖維用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)應(yīng)用，如底梁，穩(wěn)定器，飛行控制，以及主機(jī)身和機(jī)翼結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度高、耐腐蝕。缺點(diǎn)包括導(dǎo)電性比鋁低;因此，對(duì)于容易受到雷擊的飛機(jī)部件，必須安裝防雷網(wǎng)或防雷涂層。碳纖維的另一個(gè)缺點(diǎn)是成本高。碳纖維是灰或黑的顏色，可作為干織物和預(yù)浸料。當(dāng)與金屬緊固件和結(jié)構(gòu)一起使用時(shí)，碳纖維有引起電偶腐蝕的高潛力。

玻璃纖維(左)，芳綸纖維(中)，碳纖維材料(右)

硼纖維

硼纖維非常堅(jiān)硬，具有很高的抗拉和抗壓強(qiáng)度。纖維的直徑比較大，彎曲性不好;因此，它們只能作為預(yù)浸料膠帶產(chǎn)品。環(huán)氧樹(shù)脂基體常與硼纖維一起使用。硼纖維用于修復(fù)開(kāi)裂的鋁飛機(jī)外殼，因?yàn)榕鸬臒崤蛎浗咏X，沒(méi)有電偶腐蝕的潛力。如果基材表面有一個(gè)輪廓形狀，硼纖維就很難使用。硼纖維非常昂貴，對(duì)人員可能有危險(xiǎn)。硼纖維主要用于軍事航空領(lǐng)域。

陶瓷纖維

陶瓷纖維用于高溫應(yīng)用，如燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪葉片。陶瓷纖維可用于高達(dá)2200°F的溫度。

防雷光纖

鋁制飛機(jī)的導(dǎo)電性很好，能夠驅(qū)散雷擊產(chǎn)生的大電流。碳纖維對(duì)電流的電阻是鋁的1000倍，環(huán)氧樹(shù)脂的電阻是1,000,000倍(即垂直于表皮)。外部復(fù)合材料部件的表面通常由一層或一層導(dǎo)電材料組成，用于防雷，因?yàn)閺?fù)合材料的導(dǎo)電性比鋁低。許多不同類(lèi)型的導(dǎo)電材料被使用，從鍍鎳石墨布到金屬網(wǎng)到鋁化玻璃纖維到導(dǎo)電涂料。該材料可用于濕鋪層或預(yù)浸料。

除了正常的結(jié)構(gòu)修復(fù)，技術(shù)人員還必須重新創(chuàng)造設(shè)計(jì)到部件的導(dǎo)電性。這類(lèi)修復(fù)通常需要用電阻表進(jìn)行導(dǎo)電性測(cè)試，以驗(yàn)證整個(gè)結(jié)構(gòu)的小電阻。當(dāng)修理這些類(lèi)型的結(jié)構(gòu)時(shí)，非常重要的是只使用來(lái)自授權(quán)供應(yīng)商的批準(zhǔn)材料，包括諸如灌封化合物、密封劑、粘合劑等。如圖8和圖9所示

銅網(wǎng)防雷材料

鋁網(wǎng)防雷材料

基質(zhì)材料

熱固性樹(shù)脂

樹(shù)脂是指聚合物的通稱(chēng)。樹(shù)脂及其化學(xué)成分和物理性能從根本上影響復(fù)合材料的加工、制造和終性能。熱固性樹(shù)脂是所有人造材料中多樣和應(yīng)用廣泛的。它們很容易被澆鑄或形成任何形狀，與大多數(shù)其他材料兼容，而且很容易(通過(guò)加熱或催化劑)固化為不溶性固體。熱固性樹(shù)脂也是很好的粘合劑和粘接劑。

聚酯樹(shù)脂

聚酯樹(shù)脂是相對(duì)便宜且易加工的樹(shù)脂，通常用于低成本的應(yīng)用。低煙聚酯樹(shù)脂用于飛機(jī)的內(nèi)部部件。纖維增強(qiáng)聚酯可采用多種加工方法。常用的加工方法有配套金屬模具成型、濕鋪層壓(真空袋)成型、注塑成型、纖維纏繞、拉擠和高壓蒸汽。

乙烯基酯樹(shù)脂

乙烯基酯樹(shù)脂的外觀、處理性能和固化特性具有與常規(guī)樹(shù)脂相同的聚酯樹(shù)脂。但是，耐蝕性和乙烯基酯復(fù)合材料的力學(xué)性能比標(biāo)準(zhǔn)聚酯樹(shù)脂復(fù)合材料有很大提高。

酚醛樹(shù)脂

酚醛樹(shù)脂在20世紀(jì)初被首次用于市場(chǎng)商業(yè)化生產(chǎn)。尿素甲醛和三聚氰胺甲醛在20世紀(jì)20-30年代作為較低成本的低溫使用的替代品出現(xiàn)。酚醛樹(shù)脂因其低煙和低可燃性的特點(diǎn)而被用于室內(nèi)部件。

環(huán)氧樹(shù)脂

環(huán)氧樹(shù)脂是可聚合的熱固性樹(shù)脂，具有從液體到固體的各種粘度。環(huán)氧樹(shù)脂有許多不同的類(lèi)型，技術(shù)人員應(yīng)該以使用維護(hù)手冊(cè)來(lái)選擇正確的類(lèi)型進(jìn)行特定的修復(fù)。環(huán)氧樹(shù)脂廣泛應(yīng)用于預(yù)浸料和結(jié)構(gòu)粘合劑。環(huán)氧樹(shù)脂的優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度和模量高，揮發(fā)物含量低，附著力好，收縮率低，耐化學(xué)性好，易于加工。它們的主要缺點(diǎn)是易碎和在水分的存在下性能下降。環(huán)氧樹(shù)脂的加工或固化比聚酯樹(shù)脂慢。加工工藝包括高壓罐成型、纖維纏繞、模壓成型、真空袋成型、樹(shù)脂轉(zhuǎn)移成型和拉擠成型。固化溫度范圍從室溫到大約350°F(180°C)。常見(jiàn)的固化溫度范圍在250°至350°F(120-180°C)之間。如圖10所示

兩種帶泵濕式環(huán)氧樹(shù)脂分配器鋪層系統(tǒng)

聚酰亞胺

聚酰亞胺樹(shù)脂在高溫環(huán)境中表現(xiàn)優(yōu)異，其耐熱性、氧化穩(wěn)定性、低熱膨脹系數(shù)和耐溶劑性有利于設(shè)計(jì)。它們的主要用途是電路板、熱發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)體結(jié)構(gòu)。聚酰亞胺可以是熱固性樹(shù)脂或熱塑性塑料。聚酰亞胺需要較高的固化溫度，通常超過(guò)550°F(290°C)。因此，普通的環(huán)氧復(fù)合袋裝材料是不可用的，鋼制工裝成為一種必需品。使用聚酰亞胺袋裝和釋放膜，如Kapton®。Upilex®取代較低成本的尼龍?zhí)状途鬯姆蚁?PTFE)脫模膜是非常重要的環(huán)氧復(fù)合材料加工常見(jiàn)的程序。

玻璃纖維面層由于聚酯纖維的熔點(diǎn)低，必須用可排放透氣材料來(lái)代替聚酯纖維作為墊料。

聚苯并咪唑(PBI)

聚苯并咪唑樹(shù)脂具有極強(qiáng)的耐高溫性能，用于耐高溫材料。這些樹(shù)脂可用作粘合劑和纖維。

雙馬來(lái)酰亞胺(BMI)

雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂比環(huán)氧樹(shù)脂具有更高的耐溫能力和更高的韌性，并且在環(huán)境和高溫下都具有優(yōu)異的性能。雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂的處理方法與環(huán)氧樹(shù)脂類(lèi)似。BMI用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)和高溫部件。BMIs適用于標(biāo)準(zhǔn)的熱壓罐加工，注塑成型，樹(shù)脂鑄模成型，模壓復(fù)合成型(SMC)等。

熱塑性樹(shù)脂

熱塑性材料可以通過(guò)溫度升高反復(fù)軟化，并通過(guò)溫度降低反復(fù)硬化。加工速度是熱塑性材料的主要優(yōu)點(diǎn)。材料在加工過(guò)程中不發(fā)生化學(xué)固化，材料在柔軟時(shí)可通過(guò)模壓或擠壓成型。

半晶熱塑性塑料

半晶熱塑性塑料具有固定的阻燃性能，優(yōu)越的韌性，良好的高溫和沖擊后的機(jī)械性能，及低吸濕性。它們用于二級(jí)和一級(jí)飛機(jī)結(jié)構(gòu)。與增強(qiáng)纖維結(jié)合，它們可用于注塑成型化合物，可壓縮成型的隨機(jī)薄板，單向膠模，由預(yù)浸絲束(預(yù)浸絲料)制成的預(yù)浸料，和織物預(yù)浸料。浸漬在半晶熱塑性塑料中的纖維包括碳纖維，鍍鎳碳，芳綸，玻璃纖維，石英和其他。

非晶熱塑性塑料

非晶態(tài)熱塑性塑料有多種物理形態(tài)，包括薄膜、絲狀和粉末。與增強(qiáng)纖維結(jié)合，它們也可用于注塑復(fù)合材料，可壓縮成型的隨機(jī)薄板，單向膠模，編織預(yù)浸料等。所用的纖維主要是碳纖維、芳綸和玻璃纖維。非晶態(tài)熱塑性塑料的特殊優(yōu)勢(shì)取決于聚合物。通常，這種樹(shù)脂以其加工方便、速度、高溫能力、良好的機(jī)械性能、優(yōu)異的韌性和沖擊強(qiáng)度以及化學(xué)穩(wěn)定性而聞名。穩(wěn)定性的結(jié)果在于無(wú)限的貯存壽命期，消除了熱固性預(yù)浸料冷貯存的要求。

聚醚醚酮(PEEK)

聚醚醚酮，俗稱(chēng)PEEK，是一種高溫?zé)崴苄运芰?。這種芳香族酮材料具有優(yōu)異的高熱和燃燒特性，并耐各種溶劑和專(zhuān)有溶流體。PEEK也可以用玻璃纖維和碳纖維加強(qiáng)體。

樹(shù)脂的固化階段

熱固性樹(shù)脂使用化學(xué)反應(yīng)固化。有三個(gè)固化階段，分別稱(chēng)為A、B和C。

?A階段:樹(shù)脂組分(基材和固化劑)已經(jīng)混合，但化學(xué)反應(yīng)還沒(méi)有開(kāi)始。在濕鋪層過(guò)程中，樹(shù)脂處于A階段。

?B階段:樹(shù)脂的組分已經(jīng)混合，化學(xué)反應(yīng)已經(jīng)開(kāi)始。這時(shí)材料變厚且很粘。預(yù)浸料的樹(shù)脂處于B階段。為了防止進(jìn)一步固化，將樹(shù)脂放在0°F的冰箱中。在冷凍狀態(tài)下，預(yù)浸料的樹(shù)脂停留在B段。當(dāng)材料從冰箱中取出并再次加熱時(shí)，就開(kāi)始固化。

?C階段:樹(shù)脂完全固化。有些樹(shù)脂在室溫下固化，有些則需要高溫固化循環(huán)才能完全充分固化。

預(yù)浸料產(chǎn)品(Prepregs)

預(yù)浸料由基體和增強(qiáng)纖維組合而成。它有單向形式(一個(gè)增強(qiáng)方向)和織物層壓形式(幾個(gè)增強(qiáng)方向)。所有五種主要的基體樹(shù)脂家族都可以用于浸漬各種纖維形態(tài)。然后樹(shù)脂不再處于低粘度階段，但已被推進(jìn)到B級(jí)固化水平，以獲得更好的處理特性。以下產(chǎn)品可采用預(yù)浸料形式:單向膠模、機(jī)織纖維物、連續(xù)紗束和碎切墊。預(yù)浸料必須在0°F以下的冰箱中存儲(chǔ)，以延緩固化過(guò)程。預(yù)浸料用升高的溫度固化。航空航天中使用的許多預(yù)浸材料都是用環(huán)氧樹(shù)脂浸漬的，它們?cè)?50華氏度或350華氏度下固化。預(yù)浸料用高壓釜、烤箱或熱毯固化。他們通常購(gòu)買(mǎi)和儲(chǔ)存在一個(gè)密封的塑料袋卷，以避免水分污染。如圖11所示

膠膜和織物預(yù)浸料

干纖維材料

干纖維材料，如碳纖維，玻璃纖維和kevlar®，用于許多飛機(jī)維修程序。在修復(fù)工作開(kāi)始之前，干燥的織物被樹(shù)脂浸漬。這個(gè)過(guò)程通常被稱(chēng)為濕鋪層。采用濕鋪層工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是纖維和樹(shù)脂可以在室溫下長(zhǎng)時(shí)間保存。復(fù)合材料可以在室溫下固化，也可以用高溫固化來(lái)加快固化過(guò)程，增加強(qiáng)度。缺點(diǎn)是工藝混亂，強(qiáng)化材料的性能低于預(yù)浸料的性能。如圖12所示

干織物材料(從上到下:鋁防雷材料，kevlar®，玻璃纖維和碳纖維)

助劑（觸變劑）

助劑（觸變性劑）靜止時(shí)呈凝膠狀，攪動(dòng)時(shí)變?yōu)橐后w。這些材料具有較高的靜剪強(qiáng)度和較低的動(dòng)剪強(qiáng)度，同時(shí)在應(yīng)力作用下失去粘度。

粘合劑

膠膜粘合劑

用于航空航天的結(jié)構(gòu)粘合劑通常以薄膜形式提供，支撐在脫模紙上，并在冷藏條件下(-18°C,或0°F)存儲(chǔ)。薄膜膠粘劑可使用高溫芳香胺或催化固化劑與廣泛的柔韌劑和增韌劑。橡膠增韌環(huán)氧膜膠粘劑廣泛應(yīng)用于航空工業(yè)。121-177°C(250-350°F)的溫度上限通常取決于所需的增韌程度以及樹(shù)脂和固化劑的總體選擇。一般來(lái)說(shuō)，增韌樹(shù)脂會(huì)導(dǎo)致較低的使用溫度。薄膜材料通常由纖維支撐，以改善固化前對(duì)薄膜的處理，控制粘接過(guò)程中的膠粘劑流動(dòng)，并協(xié)助控制粘接線的厚度。纖維可制成定向隨意的短纖維氈，也可制成編織布。常見(jiàn)的纖維有聚酯纖維、聚酰胺纖維(尼龍)和玻璃纖維。含有編織布的膠粘劑，由于水被纖維吸干，可能有輕微的環(huán)境性能退化。由于粘接過(guò)程中不受限制的纖維會(huì)移動(dòng)，所以隨意墊布在控制薄膜厚度方面不如編織布有效。紡捻無(wú)紡布不動(dòng)，因此被廣泛使用。如圖13及14所示

使用薄膜膠粘劑,凱夫拉®,玻璃纖維和碳纖維

一卷膠膜

膠粘劑

粘貼膠粘劑作為薄膜粘合劑的替代品。這些通常用于二次粘結(jié)修復(fù)補(bǔ)丁的損壞部件,并在薄膜膠粘劑難以應(yīng)用的地方使用。在環(huán)氧樹(shù)脂中,主要是用漿料粘在結(jié)構(gòu)粘結(jié)劑上。一個(gè)部分和兩個(gè)部分系統(tǒng)是可用的。粘貼膠粘劑的優(yōu)點(diǎn)是可以?xún)?chǔ)存在室溫下,有很長(zhǎng)的保質(zhì)期。缺點(diǎn)是粘結(jié)線厚度很難控制,影響了粘接的強(qiáng)度。

當(dāng)粘貼膠粘劑時(shí),可以使織布在粘合過(guò)程中保持膠粘狀態(tài)。如圖15所示

A B混合膠粘劑

發(fā)泡膠粘劑

大多數(shù)發(fā)泡膠粘劑均為0.025英寸至0.10英寸厚的B級(jí)環(huán)氧樹(shù)脂。泡沫膠粘劑固化于250°F（121℃）或350°F（176℃）。在固化周期中,發(fā)泡膠粘劑展開(kāi)。發(fā)泡膠粘劑需要儲(chǔ)存在冰箱里,就像預(yù)浸料一樣,它們的儲(chǔ)存壽命有限。在預(yù)修復(fù)中,發(fā)泡膠粘劑被用來(lái)在夾層結(jié)構(gòu)中拼接在蜂窩上,并在現(xiàn)有的核心中修復(fù)。如圖16所示

使用發(fā)泡膠粘劑

夾層結(jié)構(gòu)說(shuō)明（三明治結(jié)構(gòu)描述）

理論上,夾層結(jié)構(gòu)是一種結(jié)構(gòu)面板概念,它由兩種相對(duì)較薄、平行的面層組成,由一個(gè)相對(duì)厚或輕的芯材分開(kāi)。該芯材支持面岑對(duì)抗彎曲和抵抗自平面剪切載荷。芯材必須具有高剪切強(qiáng)度和壓縮剛度。復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)通常是用高壓罐固化、壓力機(jī)固化或真空袋固化而制造的。表皮層疊可以預(yù)先固化,然后再共固化操作中結(jié)合在一起,或結(jié)合兩種方法。蜂窩狀結(jié)構(gòu)的例子是:機(jī)翼破壞,滑石,副翼,襟翼,機(jī)艙,地板,和舵。如圖17所示

蜂窩夾層結(jié)構(gòu)

性能

在鋁和復(fù)合板層結(jié)構(gòu)的比較中,夾層結(jié)構(gòu)的彎曲剛度非常高。大多數(shù)蜂窩都是各向異性,即屬性是定向的。如圖18所示，說(shuō)明了使用蜂窩結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。增加巖心厚度大大提高了蜂窩結(jié)構(gòu)的剛度,而重量增加小。由于蜂窩狀結(jié)構(gòu)的高剛度,沒(méi)有必要使用外部硬板,如同梁架。如圖18所示

蜂窩夾層材料的強(qiáng)度和剛度與固體層壓相比值

表面材料

大多數(shù)在飛機(jī)施工中使用的蜂窩結(jié)構(gòu)有鋁、玻璃纖維、kevlar®或碳纖維面材。碳纖維表面板不能與鋁蜂窩芯材料一起使用,因?yàn)樗鼘?dǎo)致鋁腐蝕。在高溫結(jié)構(gòu)中,鈦和鋼用于特種應(yīng)用。許多組件的面材,如擾流板和飛行控制,都非常薄,有時(shí)只有3到4個(gè)厚度（指mm）。參數(shù)報(bào)告顯示,這些面材板沒(méi)有良好的沖擊阻力。

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